성균관대 염근영교수 연구팀, 차세대 나노반도체 식각공정 원천기술 확보

최근 황우석교수의 논문 조작사건에 상처를 입은 국내 과학계에 새로운 과학연구성과가 발표되어 주목을 끌고 있다. 차세대 나노미터 스케일의 반도체 공정에 필수적인 중성빔을 이용한 원자층 식각 (Atomic Layer Etching) 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발되었다. 21세기 프론티어 연구개발사업으로 추진중인 테라급나노소자개발사업단(단장 : 이조원 박사)의 염근영 성균관대학교 교수 연구팀은 “세계 최초로 중성빔을 이용한 원자층 식각 공정을 개발하였다”고 과학기술부는 밝혔다. 나노미터 스케일의 반도체가 정상적으로 작동하기 위해서는 전기적인 손상이 없어야 하며 물리적인 손상도 손쉽게 제거할 수 있는 단일원자층(monolayer) 수준의 손상 정도만이 허용될 것으로 예측된다. 또한 원자층 수준의 식각 깊이 조절이 필수적일 것으로 예측된다. 선진국은 1990년대 초반부터 원자층 식각공정 기술에 대한 연구를 진행해 왔으며 현재 일부에서 제한적으로 적용을 시도하기 시작하였다. 실제 공정에 적용하기 위해서는 식각 후 발생되는 전기적, 물리적 손상이 없어야 하고 대면적화가 가능해야 한다. 하지만 지금까지 개발된 원자층 식각 공정 기술은 플라즈마원을 그대로 사용하고 있어 공정 후 발생하는 전기적 손상 등을 피할 수 없었으며, 기판의 온도를 높일 경우 열적 손상을 피할 수가 없었다. 또한 레이저빔을 이용할 경우 전기적 손상이나 열에 의한 손상 등은 피할 수 있지만 대면적화할 경우 레이저빔의 균일성이 확보되지 않아 대면적화 공정에는 한계를 지니고 있었다. ▷ 신개념의 식각 기술 확보로 나노소자 실용화 앞당겨질 전망 염근영 교수 연구팀이 개발한 “중성빔을 이용한 원자층 식각 공정”은 지금까지 발표된 원자층 식각의 기본 메카니즘에 세계 최초로 중성빔을 사용하여 식각 후의 손상 및 정확한 식각 속도의 조절, 그리고 대면적화 등에서 기존의 공정에 비하여 월등히 향상된 결과를 보여주고 있어 원자층 식각 기술을 한 차원 끌어올린 것으로 평가된다. 이번 연구성과는 식각 공정 중 발생되는 전기적, 물리적 손상이 없을뿐만 아니라, 실리콘 웨이퍼의 경우 원자 크기 단위인 1.36 Å의 식각 속도 조절이 가능하며, 식각 공정 후 발생되는 표면 거칠기도 원자층 단위내로 조절할 수 있다. 2005년 2조원 규모의 전세계 차세대 반도체 식각장비 시장에서 국내 반도체 식각장비 90% 이상을 수입에 의존하고 있다. 이번 연구결과는 신개념의 식각기술이자 원천기술로서 2010년경 상용화가 될 경우 연간 최소 4,000억원 이상의 수입 대체효과 및 수출 등의 경제적 파급효과가 있을 것으로 기대된다. 개발 책임자인 염근영 교수는 “중성빔을 이용한 원자층 식각 공정 개발의 성공은 차세대 나노소자 개발에 없어서는 안될 원자단위의 식각깊이 조절에 대한 원천 특허를 획득했다는데 의의가 크고 반도체 장비 및 공정의 국산화와 차세대 반도체 산업에서 기술적 리더쉽을 확보하는 큰 전기를 마련하였다”고 말했으며,이번 연구성과는 Electrochemical and Solid-State Letters 9월호를 비롯하여 총 3편의 논문이 SCI 논문에 소개되었고, 이 기술과 관련하여 현재, 국내와 미국에서 2건의 특허를 등록하였다.
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